EP1125390A1 - Verfahren zur anzeige des modulationsfehlers eines multiträger-signals - Google Patents

Verfahren zur anzeige des modulationsfehlers eines multiträger-signals

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EP1125390A1
EP1125390A1 EP99947417A EP99947417A EP1125390A1 EP 1125390 A1 EP1125390 A1 EP 1125390A1 EP 99947417 A EP99947417 A EP 99947417A EP 99947417 A EP99947417 A EP 99947417A EP 1125390 A1 EP1125390 A1 EP 1125390A1
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only

Definitions

  • the modulation error ratio MER is an important parameter for
  • OFDM Orthogonal Frequency Division and Multiplexing
  • DAB Digital Audio Broadcasting
  • DVB-T Digital Video Broadcasting - terrestrial
  • Digital modulation indicates and thus represents a measure of the signal quality.
  • the modulation error is given as the mean value and the maximum value. All decision fields of the modulation vector diagram are used to calculate it
  • ** VM LJ VM is the square-weighted mean of the amplitude of all ideal signal states of a carrier modulated with user data of the type of modulation used in each case, which is known for the most frequently used modulation types such as 16QAM etc. or can simply be calculated and as a constant at
  • Multi-carrier systems with 1000 or even more individual carriers, as is the case with DAB with 1536 carriers and with DVB even with 1705 or 6817 carriers, this type of modulation error calculation and single carrier representation is no longer usable.
  • the result of the modulation error determination is immediately available in association with the individual carriers and can thus be graphically represented as a function of the frequency for the entire multicarrier frequency band. This enables a user to immediately determine at which points of the
  • the modulation error of a single carrier is subject to large statistical ones
  • the result m k for each individual carrier k is then compared separately with the content of a memory cell specially reserved for this individual carrier, which in turn is assigned to a memory AI.
  • This memory AI has as many memory locations K MAX + 1 as there are carriers in the OFDM system. In the memory cell assigned to the current carrier k
  • Memory AI is checked whether the current measured value m k is greater than that in it
  • Memory cell already stored value. If the stored value is greater than the current value, the memory cell content remains unchanged. If the current value is larger, it is read into the memory cell as a new value. In this way, the maximum value is stored for each carrier.
  • A2 charges, which also has as much storage space as there are carriers in the OFDM system.
  • the value A2 k previously in the memory cell k is offset against the current measured value m k according to the following relationship:
  • the third calculation step can also be divided up in the following way.
  • Jt carrier number within the OFDM spectrum grows with frequency, k »0 ... K mt , L number of the symbol, grows with time, O ⁇ i
  • the final value A2 can be calculated again. This division enables a faster program execution within a digital signal processor.
  • the actual moderate or maximum modulation error can then be determined in a final calculation step according to the following relationship from the known one for the particular type of modulation used
  • the percentage can be converted using the following relationship:
  • the ordinate shows the modulation error calculated for each carrier.
  • the total of 1705 or 6817 carriers available at DVB-T could possibly lead to resolution problems with the

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

Zur Anzeige des mittleren Modulationsfehlers MERRMS eines Multiträger (OFDM)-Signals wird: a) für jedes aktuelle Modulationssymbol I jedes einzelnen Trägers k des Multiträgersignals das Quadrat des Fehlervektors nach der Beziehung (I) berechnet, b) dieser Wert mk mit dem Inhalt einer dem gleichen Träger k zugeordneten Speicherzelle eines Speichers, der genausoviel Speicherzellen wie das OFDM-Signal Träger besitzt, nach der Beziehung (II) (Iterationsformel) mit A2k,l+1: neuer Meßwert (Zeitpunkt l+1), der in Speicherzelle k des Speichers A2 abgelegt werden soll, A2k,l: bisheriger Meßwert (Zeitpunkt l) aus Speicherzelle k des Speichers A2, mk: aktuel gemessenes Fehlerquadrat für Träger k, k: Trägernummer innerhalb des OFDM-Spektrums, wächst mit der Frequenz, k=0 ... Kmax, l: Nummer des Symbols, wächst mit der Zeit, 0≤1, verrechnet, c) aus diesen Werten der Speicherzellen dann nach der Beziehung Formula (III) der mittlere Modulationsfehler MERRMS für jeden Träger berechnet, wobei VM der quadratisch gewichtete Mittelwert der Amplitude aller idealen Signalzustände der jeweils verwendeten Modulationsart eines mit Nutzdaten modulierten Trägers ist, und schließlich, d) dieser MERRMS-Wert dann für jeden einzelnen Träger k als Ordinatenwert eines Diagramms mit der Anzahl der Träger als Abszisse graphisch dargestellt.

Description

Verfahren zur Anzeige des Modulationsfehlers eines Muttiträger-Sienals
Der Mudulationsfehler (Modulation Error Ratio MER) ist eine wichtige Kenngröße für
die in der modernen Übertragungstechnik beispielsweise bei DAB (Digital Audio Broadcasting) bzw. DVB-T (Digital Video Broadcasting - terrestrial) benutzten OFDM (Orthogonal Frequency Devision and Multiplexing)-Multiträger-Systeme, da er die mittlere bzw. maximale Abweichung der hierbei verwendeten Amplituden- und
Phasenzustände (I- und Q-Werte) von den idealen Signalzuständen der verwendeten
Digitalmodulation angibt und damit ein Maß für die Signalqualität darstellt. Der Modulationsfehler wird als Mittelwert und als Maximalwert angegeben. Zu seiner Berechnung werden alle Entscheidungsfelder des Modulations- Vektordiagramms
nacheinander untersucht. Für die Ermittlung des Maximalwertes wird in jedem
Entscheidungsfeld der maximale Betrag des Differenzvektors vom idealen Signalzustand
zu den aufgetretenen Signalzuständen (Fehlervektor) gesucht. Außer dem Maximum der
Zwischenergebnisse wird dann der Maximalwert des Modulationsfehlers gerechnet nach der Beziehung
max(|Fehlervektor|l . , ER = ιoo ll LL %1
"** VM L J Dabei ist VM der quadratisch gewichtete Mittelwert der Amplitude aller idealen Signalzustände eines mit Nutzdaten modulierten Trägers der jeweils verwendeten Modulationsart, der für die am häufigsten benutzten Modulationsarten wie 16QAM usw. bekannt ist bzw. einfach berechnet werden kann und als Konstante bei der
Berechnung eingesetzt wird.
Für den mittleren Modulationsfehler werden alle Beträge der Differenzvektoren vom idealen Zustand zum aufgetretenen Zustand quadratisch addiert und die Anzahl der Symbole gezählt. Anschließend wird der mittlere Modulationsfehler MERRMS nach der
Beziehung
MERgus [%]
berechnet.
Beide nach obigen Beziehungen in Prozent berechnete Größen lassen sich auch im
logarithmischen Maßstab in dB angeben nach folgender Umrechnung:
MERdB [dB] Der Begriff Modulationsfehler und die entsprechenden Berechnungsvorschriften hierfür
sind von der DVB Measurement Group im ETR 290 für DVB-C und DVB-S festgeschrieben und genormt. Fig. 1 zeigt beispielhaft die zur Berechnung des
Modulationsfehlers notwendigen Vektoren im ersten Quadranten und zwar für 64QAM.
Es ist bekannt, jeweils für einen einzigen Träger nach den obigen Formeln den Modulationsfehler zu berechnen und als Zahlenwert anzuzeigen. Für
Multiträgersysteme mit 1000 oder noch mehr einzelnen Trägern, wie dies bei DAB mit 1536 Trägern und bei DVB sogar mit 1705 bzw. 6817 Trägern der Fall ist, ist diese Art der Modulationsfehlerberechnung und Einzelträger Darstellung nicht mehr brauchbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit welchem der Modulationsfehler auf einfache Weise mit geringstmöglichem Rechenaufwand berechnet
und außerdem so dargestellt werden kann, daß eine einfache und übersichtliche
meßtechnische Auswertung für alle Träger möglich ist.
Diese Aufgabe wird für die Anzeige des mittleren Modulationsfehlers gemäß Anspruch 1 und für die Anzeige des maximalen Modulationsfehiers nach Anspruch 2 gelöst,
wobei diese beiden Möglichkeiten vorzugsweise kombiniert angewendet werden, so daß einem Benutzer gleichzeitig der mittlere und der maximale Modulationsfehler in
Abhängigkeit von der Frequenz angezeigt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung wird durch einfache aufeinanderfolgende Rechenschritte der
mittlere bzw. maximale Modulationsfehler berechnet, das Ergebnis entspricht dabei den eingangs erwähnten Beziehungen, die aufgezeigten aufeinanderfolgenden Rechenschritte gemäß der Erfindung lösen diese Berechnung jedoch in kürzerer Rechenzeit und auch mit dazu erforderlichem geringerem Speicherumfang und können z.B. auf jedem handelsüblichen PC ausgeführt werden. Durch die Abspeicherung der einzelnen
berechneten Werte in Speicherzellen eines genausoviel Zellen wie Träger aufweisenden Speichers steht das Ergebnis der Modulationsfehlerbestimmung unmittelbar in Zuordnung zu den einzelnen Trägern zur Verfügung und kann damit unmittelbar in Abhängigkeit von der Frequenz für das gesamte Multiträger-Frequenzband graphisch dargestellt werden. Damit kann ein Benutzer sofort feststellen, an welchen Stellen des
Spektrums kritische Verhältnisse vorliegen und es kann somit erstmals auch ein Multiträger-System auf einfache Weise bezüglich Modulationsfehler meßtechnisch analy
siert werden.
Der Modulationsfehler eines einzelnen Trägers unterliegt großen statistisch bedingten
Schwankungen. Es ist daher erforderlich, daß gemäß der Erfindung zunächst eine Integration über mehrere Symbole der auf den einzelnen Trägern aufmodulierten Daten
durchgeführt wird. Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Kenntnis
der Signalkonstellation jedes einzelnen Tr gen, wie dies für 64 QAM in Fig. 1 schematisch für einen Quadranten in der I/Q-Ebene dargestellt ist. Für jedes aktuelle Symbol wird zunächst nach der Beziehung
mk = |Fehlervektork| das Quadrat des Fehlervektors des aktuellen Einzelträgers k berechnet. Da hier für jeden Träger nur ein einziger Punkt der Signalkonstellation ausgewertet wird, entfallt die Summation gemäß der eingangs erwähnten allgemeinen Gleichung.
In einem zweiten Rechenschritt wird dann das Ergebnis mk für jeden Einzelträger k separat mit dem Inhalt einer speziell für diesen Einzelträger reservierten Speicherzelle verglichen, die wiederum einem Speicher AI zugeordnet ist. Dabei hat dieser Speicher AI genausoviel Speicherplätze KMAX + 1, wie Träger in dem OFDM-System vorhanden sind. Bei der dem aktuellen Träger k zugeordneten Speicherzelle des
Speichers AI wird geprüft, ob der aktuelle Meßwert mk größer ist als der in dieser
Speicherzelle bereits abgespeicherte Wert. Ist der abgespeicherte Wert größer als der aktuelle Wert, bleibt der Speicherzelleninhalt unverändert. Ist der aktuelle Wert größer, wird dieser als neuer Wert in die Speicherzelle eingelesen. Auf diese Weise wird für jeden Träger der Maximalwert abgespeichert.
Gleichzeitig wird das Ergebnis der mk des aktuellen Modulationsfehlers für jeden
Einzelträger separat mit dem Inhalt einer eigenen Speicherzelle des zweiten Speichers
A2 verrechnet, welcher ebenfalls soviel Speicherplätze aufweist, wie Träger im OFDM- System vorhanden sind. Dabei wird der bisher in der Speicherzelle k stehende Wert A2k mit dem aktuellen Meßwert mk nach folgender Beziehung verrechnet:
(A2k l - l + mv) A2k ι = ir~. JT — — (Iteranonsformel) mit 2 , .- neuer Meßwert (Zeitpunkt 1+ 1), der in Speicherzelle k des Speicher* A2 abgelegt werden soll, 2t(.- bisheriger Meßwert (Zeitpunkt l) out Speicherzelle k des Speichen Λ2. m - aktuell gemessenes Fehlerquadπxt für Träger k. fc Trägemummer bmerhalb de* OFVUSpeJarums, wächst mit der Freq enz, k l; Nummer de* Symbols, wachst mit der Zeit, 0 ≤ L
Dieser Rechenschritt wird für alle Träger des Symbols wiederholt. Dann wird für das
nächste Symbol der gleiche Prozeß wiederum für alle Träger ausgeführt So entsteht im Laufe vieler Symbole im Speicher A2 ein repräsentatives Abbild des mittleren Modulationsfehlers als Funktion von der Frequenz bzw. der jeweiligen Trägemummer k. Diese Rechenschritte liefern exakt das gleiche Ergebnis wie die eingangs erwähnte genormte Gleichung.
Alternativ kann der dritte Rechenschritt auch auf folgende Weise aufgeteilt werden.
Zunächst wird nach folgender Beziehung ein Zwischenwert berechnet:
A2'k , = A2'k +mk (Iterationsformel) mit
Λ2'u<. .- neuer Meßwert (Zeitpunkt l+l), der In Speicherzelle k de* Speichen Λ2 abgelegt werden soä, A2 >" bisheriger Meßwert (Zeitpunkt l) au* Speicherzeile k de* Speicher* A2, «it.- aktuell gemessene* Fehlertjuaάrat ßtr Träger k,
Jt- Trägemummer innerhalb des OFDM -Spektrums, wächst mit der Frequenz, k » 0 ... Km t, L- Nummer des Symbols, wächst mit der Zeit, O ≤ i
Wenn nun der Speicher A2' für die Darstellung des mittleren Modulationsfehlers am Bildschirm herangezogen werden soll, muß der Inhalt jeder einzelnen Speicherzelle
zuvor noch durch die Anzahl der bis dahin erfaßten Symbole 1 + 1 geteilt werden, die in einem eigenen Zähler ermittelt wird. Dann kann nach der Beziehung
wieder der Endwert A2 berechnet werden. Diese Aufteilung ermöglicht einen schnelleren Programmablauf innerhalb eines digitalen Signalprozessors.
Aus den so berechneten Werten von AI und A2 kann in einem abschließenden Rechenschritt dann jeweils der eigentliche mitüere bzw. maximale Modulationsfehler nach folgender Beziehung aus der für die jeweils angewandte Modulationsart bekannten
Größe VM berechnet werden:
Wenn eine Anzeige in dB gewünscht wird, kann der Prozentwert nach folgender Beziehung umgerechnet werden:
MER„ = -20,^^ 1) [dB]
Aus dem Maximalwert in Prozent wird dadurch ein Minimalwert in dB. Fig. 2 zeigt die Darstellung des maximalen bzw. mittleren Modulationsfehlers in einem
Diagramm auf dem Bildschirm einer Anzeigeeinrichtung, die Abszisse ist mit den
Nummern der einzelnen Träger des OFDM-Spektrums skaliert, beispielsweise zwischen
0 bis 6816. Auf der Ordinate ist der für jeden Träger jeweils berechnete Modulationsfehler aufgetragen. Die bei DVB-T an sich vorhandenen insgesamt 1705 bzw. 6817 Träger könnten unter Umständen zu Auflösungsschwierigkeiten bei der
Darstellung fuhren. Nachdem eine übliches LC-Display beispielsweise nur insgesamt
320 Pixelspalten aufweist, ist es vorteilhaft, das insgesamt darzustellende
Gesamtspektrum in beispielsweise nur 320 Träger umfassende Einzelbereiche aufzuteilen und diese nacheinander darzustellen oder mehrere Träger gleichzeitig in einer Spalte des Displays zusammenzufassen.

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Anzeige des mitüeren Modulationsfehlers MER^^ eines - Multiträger (OFDM)-Signals, dadurch gekennzeichnet, daß a) für jedes aktuelle Modulationssymbol I jedes einzelnen Trägers k des Multiträgersignals das Quadrat des Fehlervektors nach der Beziehung
mk = |Fchlervcktork
berechnet wird, b) dieser Wert mk mit dem Inhalt einer dem gleichen Träger k zugeordneten Speicherzelle eines Speichers (A2), der genausoviel Speicherzellen wie das OFDM- Signal Träger besitzt, nach der Beziehung
(A2k , -l + mk) „
A2k ι = n (Iteranonsformel)
A2Ut.ι- neuer Meßwert (Zeitpunkt l+l). der In Speicherzelle k des Speichers A2 abgelegt werden toll,
A2U: bisheriger Meßwert (Zeitpunkt l) aus Speicherzelle k des Speicher* A2.
« aktuell gemessene* Fehlerquadrat ß2r Träger k, k: Trägemummer innerhalb de* OFDM-Spektrums, wächst mit der Frequenz, k » 0 ... JC fc Nummer de* Symbols, wächst mit der Zeit, 0 ≤L ,
verrechnet wird, c) aus diesen Werten der Speicherzellen dann nach der Beziehung
MERBMJ = 100- & [%]
^^ VM l J
der mitüere Modulationsfehler MERRMS ΓUΓ jeden Träger berechnet wird, wobei VM der quadratisch gewichtete Mittelwert der Amplitude aller idealen Signalzustände der jeweüs verwendeten Modulationsart eines mit Nutzdaten modulierten Trägers ist, und
d) dieser MERa s-Wert dann für jeden einzelnen Träger k als Ordinatenwert eines Diagramms mit der Anzahl der Träger als Abszisse graphisch dargestellt wird.
2. Verfahren zur Anzeige des maximalen Modulationsfehlers MERMAX eines - Multiträger (OFDM)-Signals, insbesondere in Kombination mit einem Verfahren nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a) für jedes aktueüe Modulationssymbol I jedes einzelnen Trägers k des
Multiträgersignals das Quadrat des Fehlervektors nach der Beziehung
mk =|Fehlervel tork|
berechnet wird, b) dieser Wert mk mit dem Wert einer dem gleichen Träger k zugeordneten Speicherzelle eines Speichers (AI), der genausoviel Speicherzellen wie das OFDM- Signal Träger aufweist, verglichen wird, wobei der in dieser Speicherzelle abgespeicherte Wert durch den aktuellen Wert ersetzt wird, wenn der aktueüe Wert größer als der bereits abgespeicherte ist,
c) aus diesen Maximalwerten der Speicherzellen dann nach der Beziehung
ER
der maximale Modulationsfehler MERMAX für jeden Träger berechnet wird, wobei
VM der quadratisch gewichtete Mittelwert der Amplitude aller idealen Signalzustände der jeweils verwendeten Modulationsart eines mit Nutzdaten modulierten Trägers ist, und d) dieser MER-Max-Wert dann für jeden einzelnen Träger k als Ordinatenwert eines Diagramms mit der Anzahl der Träger als Abszisse graphisch dargestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß anstelle des Rechenschrittes a) nach Anspruch 2 beim Rechenschritt b) jeweüs unmittelbar der maximale Fehlervektor je SpeicherzeUe abgespeichert wird und im Verfahrensschritt c) der Wert REM AX nach der Beziehung
Imax.Fehlervektor . ,
MERMΛX = 100-J ^ [%] berechnet und schließlich nach Verfahrensschritt d) graphisch dargestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verfahrensschritt b) nach Anspruch 1 zunächst nach der Beziehung
A2'k , = Γ^ +mk (Iterationsformel) mit
AI j+y neuer Meßwert (Zeitpunkt 1+ 1), der in Speicherzelle k de* Speicher* A2 abgelegt werden toll. J'y.' bisheriger Meßwert (Zeitpunkt l) au* Speicherzelle k de* Speicher* AI.
«V aktuell gemessene* Fehlerquadrat fibr Träger k, fc- Trägemummer innerhalb de* OFDM-Spektrums, wächst mit der Frequenz, k ■ 0... Jζ_ fc Nummer de* Symbols, wächst mit der Zeti, 0 ≤ L
ein Zwischenwert berechnet wird und dieser Zwischenwert A2' vor der Anzeige nach Verfahrensschritt d) durch die in einem gesonderten Zähler gezählte Anzahl der erfaßten Symbole gemäß der Beziehung
A2'k
A2 k„.l, = l + l
geteüt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zunächst in Prozent ermittelten Werte für MERRMS und/oder MER AX vor ihrer frequenzabhängigen graphischen DarsteUung in die Einheit dB nach der Beziehung
umgerechnet werden.
EP99947417A 1998-10-26 1999-09-23 Verfahren zur anzeige des modulationsfehlers eines multiträger-signals Expired - Lifetime EP1125390B1 (de)

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